Цикл Карно.
Цель работы:
Знакомство с компьютерной моделью, иллюстрирующей цикл Карно в идеальном газе.
Экспериментальное определение работы, совершенной газом за цикл.
Экспериментальная проверка теоремы Карно.
Краткая теория:
Обратимыми называются процесс, который возвращает системы в первоначальное состояние через все промежуточные состояния и не вызывает при этом изменений в окружающих телах.
Циклом Карно называется круговой процесс, состоящий из двух изотермических процессов и двух адиабатических процессов.
Рабочим телом называется термодинамическая система, предназначенная для преобразования теплоты в работу .
Нагревателем называется устройство, сообщающее рассматриваемой термодинамической системе энергию в виде тепла.
Холодильником называется система, поглощающая часть тепла рабочего тела.
Теорема Карно: КПД всех обратимых машин, работающих по циклу, состоящему из двух изотерм и двух адиабат с одним и тем же нагревателем и холодильником, равны между собой и не зависят от рабочего вещества и конструкции машин, совершающих цикл.
Энтропия может рассматриваться как мера неупорядоченности системы.
Принцип возрастания энтропии – все процессы в замкнутой системе идут от менее вероятных состояний к более вероятным до тех пор, пока вероятность состояния не станет максимальной.
Порядок измерений:
Откройте в разделе « Молекулярная физика» программу « Цикл Карно».
Установите температуру
=
К нагревателя и
=
К холодильника для вашей бригады,
перемещая маркер мыши на кнопках
регуляторов термометров.
Нажмите кнопку «старт» и наблюдайте перемещение точки по замкнутой кривой цикла Карно.
Параметр, обозначенный в таблице индексом 1 соответствует точке перехода изотермического расширения в адиабатическое. Занесите это значение объема
в таблицу.Аналогично запишите значения объемов
,
,
.
№ |
, |
|
, |
, |
|
|
А,Дж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
,кДж
,кДж
А,Дж
,%
6. Установите вторые значения температур = К нагревателя и = К холодильника для вашей бригады.
7. Проведите аналогичные измерения для второго опыта, занося результаты измерений и расчеты в таблицу.
№ |
, |
, |
, |
, |
,кДж |
,кДж |
А,Дж |
А,Дж |
,% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для любой произвольной точки цикла запишите значение давления, объема и температуры, указанные в прямоугольнике окна опыта.
P= V= Т=
С помощью уравнения Клапейрона- Менделеева определите число молей газа, находящихся в цилиндре под поршнем.
,
Рассчитайте
=
=
Рассчитайте
=
=
Рассчитайте работу, совершаемую в результате прямого кругового цикла Карно:
=
Рассчитайте термический КПД:
Рассчитайте для второго опыта
= =
Рассчитайте для второго опыта
= =
Рассчитайте работу, совершаемую в результате прямого кругового цикла Карно:
=
Рассчитайте термический КПД:
Сравните полученный КПД с установочным для вашего опыта. Сделайте вывод.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопросы для самоконтроля
Из каких основных элементов состоит тепловой двигатель?
Какова роль холодильника в тепловом двигателе?
Чем отличаются обратимые и необратимые процессы? Почему все реальные процессы необратимые?
В чем заключается смысл теоремы Карно?
Напишите формулы для расчета КПД теплового двигателя.
В чем смысл понятия энтропии?
Как может изменяться энтропия замкнутой системы? Незамкнутой системы?
В чем смысл теоремы Нернста?
Смысл I начала термодинамики.
Смысл II начала термодинамики.